JPH05266229A - コード化された基準マーク - Google Patents

コード化された基準マーク

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JPH05266229A
JPH05266229A JP4327035A JP32703592A JPH05266229A JP H05266229 A JPH05266229 A JP H05266229A JP 4327035 A JP4327035 A JP 4327035A JP 32703592 A JP32703592 A JP 32703592A JP H05266229 A JPH05266229 A JP H05266229A
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JP
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bit
binary code
optically
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predetermined
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Application number
JP4327035A
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English (en)
Inventor
John F Cunniff
ジョン・カニフ
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Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/36—Forming the light into pulses
    • G01D5/366—Particular pulse shapes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、捜索中に基準マークと遭遇する可
能性を増加し、位置設定の分解能を改良する位置の基準
マークを提供することを目的とする。 【構成】 表面40上に配置された光検出可能な基準マー
ク43はバーカーコドのような多重ビット２進コードにし
たがって符号化されたパターンから構成されている。光
センサ45が予め定められたビットの１つに関してある位
置に配置されるとき、光センサの応答特性を最大にな
り、この特性をプロセッサ46で検出して変換装置47で表
面40を移動させて基準位置に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基準マークまたはマー
カおよび、予め定められた多重ビット２進コード化パタ
ーンを利用する基準マークを光学的に検出する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】通常の基準マークは表面上に設けられ、
特に基準マーク検出器に関する表面の位置を設定するた
めに使用されることが可能なドット、交差点、小さい
円、箱等である。小さい寸法の通常の基準マークの使用
中に生じる問題は検出器によって基準マークの位置を決
定することが困難であることである。別の問題は一般に
基準マークの位置に関する不正確性が基準マークを捜索
する前に最小にされることを必要とすることである。十
分な捕捉範囲および遮断の可能性は基準マーク検出シス
テムの正確な動作に必要な２つの臨界的特性である。捕
捉範囲は信号が相関検出器を使用するシステムを動作す
るのに十分であるように受信される距離に限定される。
相関検出器は信号と基準信号を１点ずつ比較する装置で
ある。検出器はこの信号と基準信号の類似性の尺度を示
す信号を出力する。基準マーク検出の場合において、相
関プロセスは典型的に自己相関である。ここに用いられ
ている用語「自己相関」は信号とこの位相シフトされた
信号の相似の尺度として限定される。
【０００３】捕捉範囲を拡張し、捜索中に基準マークと
遭遇する可能性を増加する試みにおいて、交差した線は
基準マークとして使用されている。しかしながら、交差
した線は捕捉範囲を拡張するが、基準マークが基準マー
ク検出器に関して配置される表面の位置を設定する分解
能を増加することはできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、通常
基準マークまたは記録マーカには使用されていない、捜
索中に基準マークと遭遇する可能性を増加し、表面の位
置を設定する分解能を改良する予め定められた多重ビッ
トコードパターンを利用する基準マークを提供すること
である。基準マークは基準マーク検出器に関して表面上
に配置される。本発明はまたコードパターンの長さに等
しい捕捉範囲を有する基準マークを提供する。したがっ
て、捕捉範囲はコード中のビット数を増加することによ
って増加される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】通常の基準マークでは使
用されていない検出のレベルおよび空間的分解能を与え
るために予め定められた多重ビット２進コード化パター
ンを利用する光学的に検出可能な基準マークによって、
上記および他の問題は克服され、本発明の目的が実現さ
れる。基準マークは基準マークを形成するために利用さ
れる予め定められた多重ビット２進コードの長さに等し
く、コードの長さが増加すると増加する捕捉範囲を有す
る。最適な特性を得るために、基準マークは良好な非周
期相関特性を示す２進コードを利用する。予め定められ
た多重ビット２進コード化パターンによる基準マークの
光学的符号化は光学的に符号化されたビットパターンに
応じる光走査装置が高い正確性およびビットパターン中
の単一ビットの空間的割合である空間的分解能により基
準点の位置を決定することを可能にする。
【０００６】
【実施例】本発明の基準マークは予め定められた多重ビ
ット２進コードを利用する。コードシーケンスが光検出
システムに利用されるとき、コードが偽の同期の最小の
可能性を示すことは重要である。同期のための利用され
るコードシーケンスは典型的に非周期性である。
【０００７】コードシーケンスの自己相関関数はこのコ
ードシーケンスの相関特性を限定し、特別のコードシー
ケンスが同期の目的に適しているか否かを決定すること
が必要な情報を与える。本発明の基準マークはバーカー
（Ｂａｒｋｅｒ）コードによって構成された予め定めら
れた多重ビット２進コードを利用する。バーカーコード
は優秀な非周期相関特性を示す、すなわち自己相関関数
サイドローブは１の大きさを超過しない。バーカーコー
ドは最小ピークのサイドローブの大きさを有するので、
低い偽の同期の可能性を示す。奇数ビット長の他の適切
なコードは現存するが、６０８４ビット以下の偶数ビッ
ト長は現存しない。
【０００８】一般に、ｎビットのバーカーコードの自己
相関関数において、主ローブの大きさはサイドローブの
大きさのｎ倍である。したがって、相関が生じるとき、
７ビットバーカーコードはサイドローブの応答特性の７
倍である最大主ローブの大きさを示す。
【０００９】図１において、２次元アレイからなる基準
マーカ1 が示されている。アレイの各行および列はシー
ケンス（＋＋＋−−＋−）またはその補数（−−−＋＋
−＋）によって示されている７ビットバーカーコードを
含む。ここで、（＋）は図の暗領域を示し、（−）は白
色領域を示す。２進表示もまた使用されることができ
る。故に、シーケンス（＋＋＋−−＋−）は（１１１０
０１０）と示され、その補数（−−−＋＋−＋）は（０
００１１０１）と示される。自己相関関数4,5 は基準マ
ークの中心がＸ座標軸6 およびＹ座標軸7 の交差点と整
列されるとき最大の大きさまたは振幅を有する主ローブ
2,3 を示す。Ｘ座標軸6 およびＹ座標軸7が対応する主
ローブの応答特性3 および2 の中心とずれて移動すると
き、主ローブ応答特性または振幅は減少する。したがっ
て、主ローブ応答特性または振幅は基準マークの中心ビ
ットからのずれに関係する。図１に示された基準マーク
はバーカーコードシーケンスにしたがって配置された光
学的に符号化された領域の２次元アレイによって実現さ
れる。
【００１０】本発明の１実施例において、光学的に符号
化された領域は光反射領域および光吸収領域から構成さ
れている。それ故、各暗領域は光吸収領域から構成さ
れ、各白色領域は光反射領域から構成されている。基準
マークが光放射に露光されているとき、光検出器（図１
において図示せず）は特定の領域が光放射を反射するか
或いは吸収するかを決定する。したがって、光検出器出
力は光反射領域および光吸収領域によって示されたバー
カーコードを再構成する。
【００１１】そのような光学的に符号化された基準マー
クは図５に示された閉ループ電気−光学システムに使用
される。表面40の上に配置された光学的に符号化された
基準マーク43は光放射源41によって照射される。基準マ
ーク43の光学的に符号化された領域は光放射42a を反射
或いは吸収する。反射された光放射42a はレンズ44を通
過し、光検出器45によって検出される。光検出器45と基
準マーク支持表面40の間で相対運動を行うことによっ
て、光検出器45の出力は基準マーク43の光学的に符号化
された領域によって示されたバーカーコードシーケンス
または部分を再構成する。再構成されたコードシーケン
スは一方がＸ座標軸に沿って検出されたコードに応答
し、他方がＹ座標軸に沿って検出されたコードに応答す
る２つの自己相関関数を実行するプロセッサ46に結合さ
れる。光検出器45がＸおよびＹ座標軸の交差点でありＸ
およびＹの両座標軸のバーカーコードの中心ビットであ
る基準マークの中心と一致されるとき、両方の軸に関連
して相関が生じる。相関は光検出器が基本コード（１１
１００１０）またはその補数（０００１１０１）のいず
れかの中心と一致するかに関係ない。相関が生じると
き、ＸおよびＹの両座標軸に沿って検出された各バーカ
ーコードの相関はそれぞれ最大振幅を有する主ローブ応
答特性を示す。
【００１２】相関が両方の軸或いは一方の軸によって生
じないならば、プロセッサ46は補正信号を変換器47に送
る。補正信号は両座標軸に関して相関を得るために表面
40の整列に関する情報を含む。変換器47は相関がＸおよ
びＹの両座標軸に関して生じるように表面40を整列する
ために座標軸補正信号をＸおよびＹ座標軸に関する表面
40の運動に変換する。これに関して、変換器47は良く知
られているＸ−Ｙ位置設定段として構成されることがで
きる。
【００１３】本発明の別の実施例が図６に示されてい
る。透明および不透明領域からなる基準マーク63は表面
62上に配置されている。光源60は光放射を基準マーク63
に放射する。基準マーク63の透明領域を通過する光放射
はレンズ64を通過して光検出器65によって検出される。
光検出器65と基準マーク支持表面62の間の相対運動を行
うことによって、光検出器65の出力は基準マーク63の光
学的に符号化された領域によって示されるバーカーコー
ドシーケンスまたは部分を再構成する。再構成されたコ
ードシーケンスは一方がＸ座標軸に沿って検出されたコ
ードに応答し他方がＹ座標軸に沿って検出されたコード
に応答する２つの相関を実行するプロセッサ66に送られ
る。光検出器65がＸおよびＹ座標軸の交差点でありＸお
よびＹの両座標軸のバーカーコードの中心ビットである
基準マークの中心と一致するとき両方の軸に関して相関
が生じる。相関は光検出器が基本コード（１１１００１
０）またはその補数（０００１１０１）のいずれかの中
心と一致するかに関係がない。相関が生じるとき、Ｘお
よびＹ両座標軸に沿って検出されたバーカーコードはそ
れぞれ最大振幅を有する主ローブ応答特性を示す。
【００１４】前述の図５および図６に示されたシステム
のような閉ループ制御システムにおいて、主ローブ応答
特性の勾配はエラー感知制御特性として使用される。エ
ラー感知制御特性は１ビットの記録エラー当り２ｎ振幅
ユニットを与える。その制御特性を使用し予め定められ
たレベルにサーボ制御する制御システムは１／ｎ（ＳＮ
Ｒ）程度のエラーレベルに対する中心ビット内の位置制
御を行う。ここでｎはコード中のビット数であり、ＳＮ
Ｒは制御システムの合計接続点における信号対雑音比で
ある。
【００１５】図３において、対応する自己相関関数20を
有する基準位相基準マークおよび対応する自己相関関数
21を有する直角位相基準マークを使用する本発明の別の
実施例の自己相関関数22が示されている。この形態は自
己相関関数22によって示される制御特性を生成し、ゼロ
振幅を中心とし急勾配を有する主ローブ応答特性23から
構成されている。検出されたコードの自己相関を示す出
力を有する相関検出器は基準位相基準マークおよび直角
位相基準マークと関連する。直角位相基準マークと関連
する相関検出器の出力は基準位相基準マークと関連する
相関検出器の出力から減算される。最適整列エラー信号
を得るために、基準位相基準マークの中心ビットおよび
直角位相基準マークの中心ビットは１／２ビットの予め
定められた距離だけ互いにずれる。生じた自己相関関数
22が図３に示されている。
【００１６】図２は１対の１次元ゼロ位相基準マーク
（水平マーク10および垂直マーク13）および１対の１次
元直角位相基準マーク（水平マーク14および垂直マーク
11）からなる形態を示す。直角位相相関検出器の出力を
基準位相基準マーク相関検出器の出力から減算すると、
図３に示された制御特性が生じる。水平基準位相基準マ
ークの中心ビットおよび水平直角位相基準マークの中心
ビットは予め定めれた距離ｄ１だけ互いにずれる。同様
に、垂直基準位相基準マークの中心ビットおよび垂直直
角位相基準マークの中心ビットは１／２ビット（“直角
位相”は１／２ビットを意味する）に等しい予め定めれ
た距離ｄ２だけ互いにずれる。すなわち、それは時間位
相中の９０度の空間近似である。この制御特性は基本自
己相関関数の２倍の勾配および基本自己相関関数の２倍
である主ローブ振幅を有する。
【００１７】しかしながら、各サイドローブの勾配およ
び振幅は主ローブの１／ｎだけであるが、この制御特性
は各サイドローブにおける偽の固定または同期の可能性
を示す。偽の固定または不正確な同期を阻止するため
に、光学的に識別可能な“データ有効”パッチ12はゼロ
点（ゼロ振幅）を中心とし、主ローブ固定または正確な
同期に適応するために使用される。
【００１８】本発明の別の実施例が図４に示されてい
る。接近して配置された２つの１次元基準マーク32,33
はそれらから任意の距離ｄ３を隔てられている第３の１
次元基準マーク30と組合わされて設けられている。これ
らの３つの基準マークは位置固定のために組合わされ
る。この形態において、基準マーク32,33 は第１の座標
軸34と整列され、基準マーク30,33 は第２の座標軸35と
整列される。第１および第２の座標軸34,35 は典型的に
互いに直交され、基準マーク33の予め定められたビット
に関してある位置において互いに交差する。基準マーク
30はカイネマチックな機械的取付けに近似するように基
準マーク32,33 によって形成された第１の座標軸34を中
心として回転させられる。基準マークのそのような装置
は例えば半導体製造過程中にシリコンウエハの方向付け
を制御するために使用されることができる。
【００１９】以上、本発明のコード化された基準マーク
の幾つかの実施例を説明した。表面上に配置される１次
元基準マーク内の予め定められた２進コード化されたパ
ターンを光学的に認識する第１の方法を以下説明する。
この方法は次のステップを含む。
【００２０】１．１次元アレイに配置された複数の光学
的に識別可能な領域から構成される多重ビット基準マー
クを表面に設ける。
【００２１】２．光放射源によって基準マークを照射す
る。
【００２２】３．照射に応じて基準マークによって発生
された光信号を検出する。
【００２３】４．多重ビット符号化を示す複数の第１お
よび第２の状態を有する検出信号を生成する。
【００２４】５．検出信号に対して相関過程を実行す
る。
【００２５】６．相関によってコードシーケンスの検出
されたレプリカと記憶された基準シーケンスを比較す
る。
【００２６】７．記憶された基準シーケンスとコードシ
ーケンスの検出されたレプリカの相関はゼロを生成しな
いならば、補正信号を生成する。
【００２７】８．補正信号を基準マークを含む表面の座
標軸に沿った物理的運動に変換する。
【００２８】９．基準マークが検出器に関して予め定め
られた位置に配置されるように自己相関関数が補正信号
によってゼロを示すまでステップ１乃至８を繰返す。
【００２９】表面に配置された予め定められた２次元多
重ビット２進コードパターンを光学的に認識する第２の
方法を以下説明する。この方法は次のステップを含む。
【００３０】１．２次元アレイに配置された複数の光学
的に識別可能な領域から構成された多重ビット符号化さ
れた基準マークを表面に設ける。
【００３１】２．光放射源によって基準マークを照射す
る。
【００３２】３．照射に応じて基準マークによって発生
された光信号を第１の座標軸に沿って検出する。
【００３３】４．多重ビット符号化を示す複数の第１お
よび第２の状態を有する第１の検出信号を生成する。
【００３４】５．照射に応じて基準マークによって発生
された光信号を第２の座標軸に沿って検出する。
【００３５】６．多重ビット符号化を示す複数の第１お
よび第２の状態を有する第２の検出信号を生成する。
【００３６】７．第１の基準信号と第１の検出信号によ
って相関過程を実行する。
【００３７】８．第２の基準信号と第２の検出信号によ
って相関過程を実行する。
【００３８】９．第１の基準信号と第１の検出信号の相
関がゼロを生成しないならば第１の補正信号を生成す
る。
【００３９】１０．第２の基準信号と第２の検出信号の
相関がゼロを生成しないならば第２の補正信号を生成す
る。
【００４０】１１．第１および第２の補正信号を基準マ
ークを含む表面の第１および第２の座標軸に沿った物理
的運動に変換する。
【００４１】１２．基準マークが検出器に関して予め定
められた位置に配置されることを示すまでステップ１乃
至８を繰返す。
【００４２】上記２つの方法は基準マークを示す透明お
よび不透明領域または光反射および光吸収領域を使用し
て実行されることができる。
【００４３】本発明は例えば特徴の重心が写真板、フィ
ルム、またはシリコンウエハ、或いは半導体製造に使用
される他の材料上に位置されることによって改良され
る。一般に、本発明の技術は本体または表面を正確に配
置することが望ましい多くの異なる適用に対して用いら
れることができる。
【００４４】バーカー符号化された基準マークに関して
説明したが、本発明の技術はそれに制限されるものでは
ないことを認識すべきである。例えば、本発明はまた最
大長２進シフトレジスタシーケンスのような他の型式の
コードまたは各コードのセグメント（１ビットに類似す
る）はバーカーコード自身である。バーカーコードを利
用することができる。表１は本発明によって使用される
のに適した複数の最大長２進コードの特性を示す。
【００４５】 表１ 程度（状態の数） 多項式８進法 最低ピーク 最低ＲＭＳ および長さ サイドローブ サイドローブ 振幅 振幅 １（１） ００３* ０ ０ ２（３） ００７* −１ ０．７０７ ３（７） ０１３* −１ ０．７０７ ４（１５） ０２３* −３ １．３９ ５（３１） ０４５* −４ １．８９ １．７４ １．９６ ６（６３） １０３* −６ ２．６２ ２．８１ ２．３８ ７（１２７） ２０３* −９ ４．０３ ２１１* −９ ３．９０ ２３５ −９ ４．０９ ２４７ −９ ４．２３ ２５３ −１０ ４．１７ ２７７ −１０ ４．１５ ３１３ −９ ４．０４ ３５７ −９ ４．１８ ８（２５５） ４３５ −１３ ５．９７ ４５３ −１４ ５．９８ ４５５ −１４ ６．１０ ５１５ −１４ ６．０８ ５３７ −１４ ６．０２ ５４３ −１４ ６．０２ ６０７ −１４ ６．０２ ７１７ −１４ ５．９２ ９（５１１） （２４コード） −１９（1743多項式） ８．０ １０（１０２３） （３０コード） −２９（3023多項式） １１（２０４７） （８８コード） １２（４０９５） （７２コード） １３（８１９１） （３１５コード） バーカーコードからのもっと長いコードを実現する１つ
の方法は別のバーカーコードによって１つのバーカーコ
ードの各セグメント内のコードを位相することであるこ
とは知られている。これはバーカー２乗または結合バー
カーコード化として知られている。そのようなコードの
特性は２つの方法によって長さ４のバーカーコードと長
さ１３のバーカーコードを結合することによって定めら
れる。１３ビットワードの各ビットが４ビットにコード
化されるとき、波形のゼロドップラ自己相関関数は±１
および±３セグメントの距離のずれに位置された振幅１
３の４つのサイドピークおよび振幅４の１２ピークを与
える。４ビットワードの各ビットは１３ビットにコード
化されるとき、１より大きい振幅の同じ数のサイドピー
クが現れるが、振幅１３のサイドピークの位置は±１３
および±３９セグメントのずれで生じる。両方の場合に
おいて、自己相関関数の主ローブ振幅は５２である。
【００４６】したがって、上述の教えに基づいて、当業
者は上記開示された本発明の実施例に対して多くの変形
を工夫することができる。本発明はこれらの開示された
実施例にのみ制限されるものではなく、添付特許請求の
範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】最大主ローブ応答特性および振幅を超過しない
サイドローブを示す自己相関関数を有する２次元の７ビ
ットバーカーコードから形成された基準マークの概略
図。
【図２】７ビットバーカーコードの基準マーク直角位相
対の概略図。
【図３】７ビットバーカーコードの直角位相対の自己相
関関数の説明図。
【図４】２次元位置固定のために組合わされた１次元バ
ーカーコード基準マークの概略図。
【図５】基準マーク内の光反射および光吸収領域を検出
する光基準マーク検出システムのブロック図。
【図６】基準マーク内の透明および不透明な領域を検出
する光基準マーク検出システムのブロック図。
【符号の説明】
1 …基準マーク、2,3 …主ローブ、4,5 …自己相関関
数、6,7 …座標軸、40…表面、43…基準マーク、45…光
検出器。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光センサが予め定められたビットの１つ
    に関してある位置に配置されるとき、光センサの応答特
    性を最大にするように選択された多重ビット２進コード
    にしたがって符号化されたパターンから構成されている
    ことを特徴とする表面上に配置された光検出可能な基準
    マーク。
  2. 【請求項２】 表面と光センサの間の相対運動を行う手
    段をさらに備えている請求項１記載の光検出可能な基準
    マーク。
  3. 【請求項３】 多重ビット２進コードにしたがって符号
    化されたパターンは複数の光学的に識別可能な領域から
    構成されている請求項１記載の光検出可能な基準マー
    ク。
  4. 【請求項４】 多重ビット２進コードにしたがって符号
    化されたパターンは１次元アレイに配置され、多重ビッ
    ト２進コードの１ビットをそれぞれ示す複数の光学的に
    符号化された領域から構成されている請求項１記載の光
    検出可能な基準マーク。
  5. 【請求項５】 多重ビット２進コードにしたがって符号
    化されたパターンは光学的に符号化された領域の２次元
    アレイから構成されている請求項１記載の光検出可能な
    基準マーク。
  6. 【請求項６】 予め定められた多重ビット２進コードお
    よびその補数のパターンに応答して、予め定められた２
    進コードパターンの予め定められたビットを中心とする
    とき最大振幅を有する信号を出力する光検出器手段を備
    えていることを特徴とする複数の光学的に識別可能なビ
    ットとして表面上に設けられた予め定められた多重ビッ
    ト２進コードパターンの光学的認識装置。
  7. 【請求項７】 予め定められた多重ビット２進コードお
    よびその補数のパターンに応答して、予め定められたビ
    ットに関してある位置に配置されるとき最大振幅を有す
    る信号を出力する第１および第２の光検出器手段を備え
    ていることを特徴とする２次元アレイに配置された複数
    の光学的に識別可能なビットとして表面上に設けられた
    予め定められた多重ビット２進コードパターンの光学的
    認識装置。
  8. 【請求項８】 表面と第１および第２の光検出器手段の
    間の相対運動を行う手段をさらに備えている請求項７記
    載の光学的認識装置。
  9. 【請求項９】 複数の光学的に認識可能なビットは複数
    の光学的に不透明な領域および光学的に透明な領域から
    構成されている請求項７記載の光学的認識装置。
  10. 【請求項１０】 複数の光学的に識別可能なビットは複
    数の光反射領域および光吸収領域から構成されている請
    求項７記載の光学的認識装置。
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